Физиология ЦНС. Курс лекций для студентов - психологов (дневн. отд., МГУ )

проф. Дубынин В.А.
Лекция 11. Гипоталамус и гипофиз: нейроэндокринная регуляция. Либерины,

статины, тропные гормоны. Влияние гормонов на функции ЦНС. Гипоталамус и миндалина: биологические потребности. Центры голода, жажды, полового и родительского поведения, страха, агрессии.

главным центром эндокринной и вегетативной регуляции, а также главным центром

биологических потребностей (и связанных с ними эмоций).

(терморецепторы).
Теперь речь пойдет о ядрах, регулирующих деятельность эндокринной системы: прежде

всего, паравентрикулярном и супраоптическом.

супрахи-
азменное

преопти-
ческие

паравентри-
кулярное

супраоптическое

Эти ядра содержат нейроэндокринные клетки, аксоны которых идут в заднюю долю гипофиза и здесь выбрасывают гормоны в кровь. Другие нейроны, рас-положенные в основном в средней части гипоталамуса («серый бугор») выделяют в сосудистое сплетение гормоны, регулирующие работу передней доли гипофиза.

долю гипофиза и здесь выбрасывают гормоны в кровь. Другие нейроны,

рас-положенные в основном в средней части гипоталамуса («серый бугор») выделяют в сосудистое сплетение гормоны, регулирующие работу передней доли гипофиза.

серый
бугор

Большинство гормонов гипоталамуса и гипофиза – белковые и пептидные молекулы. В гипоталамусе они син-тезируются в телах нейросекреторн. клеток (вырезаются из белков-предшественников), загружаются в везикулы и переносятся по аксонам к месту экзоцитоза.
Далее гормоны выделяются в межклеточную среду с наружной стороны эпителиальных клеток капилляров, путем диффузии попадают в кровь и с кровью доставляются к клеткам-мишеням.

В гипоталамусе они син-тезируются в телах нейросекреторн. клеток (вырезаются из

белков-предшествен-ников), загружаются в везикулы и переносятся по аксонам к месту экзоцитоза. Далее гормоны выделяются в межклеточную среду с наружной стороны эпителиальных клеток капилляров, путем диффузии попадают в кровь и с кровью доставляются к клеткам-мишеням.

Экзоцитоз зависит от ПД, приходя-щих по аксону (для сравнения сверху показан обычный нейрон, снизу – обычная эндокринная клетка).

Действие гормонов на клетки-мишени развивается обычно теми же путями, что и в случае медиаторов: гормон действует на специфические рецепторы, запуская (через G-белки) синтез вторичных посредников, которые влияют на активность белков-насосов, ферментов, включают и выключают гены (на уровне ДНК) и т.д.

В ряде случаев гормон действует на клетки другой эндокринной железы, управляя ее активностью («тропные гормоны», характерны для передней доли гипофиза).

Рецепторы гормонов имеются и на нервных клетках, благодаря чему эндо-кринная и нервная системы тесно взаимо-действуют.

которые, синтезируются в гипоталамусе (паравентрикулярное и супраоптическое ядра) и выбрасываются

в кровь в задней доле гипофиза.

уже знакомые нам пролактин и опиоидные пептиды (эндорфины; регуляция уровня

болевой чувствительности).

Кроме того, передн. доля гипофиза вырабатывает тропные гормоны:
тиреотропный (тиреостимулирующий – TSН; влияет на щитовидную железу);
адренокортикотропный (АСТН; влияет на кору надпочечников);
гонадотропные FSH и LH влияют на половые железы мужчин и женщин;
соматотропный (гормон роста) – на рост тела, его общий размер.

Выброс каждого из гормонов передней доли гипофиза регулируется гормонами гипоталамуса («рилизинг»-факторы), которые могут активировать секрецию гипофиза (либерины) либо тормозить ее (статины). Так, дофамин является статином для пролактина и некоторых тропных гормонов (см. лекцию о DA и 5-НТ).

бугра, измеряющими содержа-ние в крови «конечного» гормона (ти-роксина, половых гормонов

и др.).

Избыток конечного гормона ведет к выбросу статина и снижению секре-ции гипофизом тропного гормона.
Если конечного гормона в крови мало, то усиливается выброс соответствую-щего либерина (и тропного гормона).

Наличие таких отрицательных обрат-ных связей позволяет поддерживать стабильное содержание в крови многих важнейших гормонов.

Выброс каждого из гормонов передней доли гипофиза регулируется гормонами гипоталамуса («рилизинг»-факторы), которые могут активировать секрецию гипофиза (либерины) либо тормозить ее (статины). Так, дофамин является статином для пролактина и некоторых тропных гормонов (см. лекцию о DA и 5-НТ).

обмен веществ (образование энергии) во всех клетках организма, в т.ч.

в мозге.

Выделение тироксинов (Т4 и Т3) усиливает тирео-тропный гормон передней доли гипофиза (TSH; тиреостимулирующий гормон). Гипоталамус, измеряя концентрацию тироксинов и TSH в крови, усиливает выделение статина (его роль играет дофамин) либо либерина (тиролиберина, TRH; является также либерином пролактина).
Тиролиберин активирует выброс TSH.

(например, из-за нехватки йода в пище) – снижение обмена веществ,

вялось, депрессии («микседема»); у новорожденных – оставание умственного развития.

При избытке – нервозность, бессонница, повышенный аппетит и худоба, гиперактивность симпатичес-кой НС, «выпученные» глаза.

Причиной в обоих случаях могут быть аутоиммунные нарушения.

Выделение тироксинов (Т4 и Т3) усиливает тирео-тропный гормон передней доли гипофиза (TSH; тиреостимулирующий гормон). Гипоталамус, измеряя концентрацию тироксинов и TSH в крови, усиливает выделение статина (его роль играет дофамин) либо либерина (тиролиберина, TRH; является также либерином пролактина).
Тиролиберин активирует выброс TSH.

Тиролиберин (трипептид Glu-His-Pro) значимо влияет на работу ЦНС.
Он «дополняет» действие тироксинов: увеличивает уровень бодрствования, оказывает антидепрессантное влияние, усиливает работу дыхательного центра
(в клинике: введение недоношенным детям).

печенью IGF-1 (инсулино-подобного фактора роста) и совместно с ним определяет

рост скелета, мышц и конечный рост (размер тела) человека.

Гипоталамус оценивает концентрацию гормона роста и IGF-1, изменяя баланс между выделением соответствующих статина (соматостатина) и либерина (соматолиберина – GHRH = соматотропин-рилизинг фактор).

Нарушение работы этой системы ведет к карликовости; избыточная активность – к гигантизму.

Pituitary

Liver

GH

IGF-1

GHRH

Somatostatin

печенью IGF-1 (инсулино-подобного фактора роста) и совместно с ним определяет

рост скелета, мышц и конечный рост (размер тела) человека.

Гипоталамус оценивает концентрацию гормона роста и IGF-1, изменяя баланс между выделением соответствующих статина (соматостатина) и либерина (соматолиберина – GHRH = соматотропин-рилизинг фактор).

Нарушение работы этой системы ведет к карликовости; избыточная активность – к гигантизму.

Влияния на ЦНС соматостатина: снижение пищевой мотивации, уровня эмоциональности и болевой чувствительности, небольшое снижение уровня бодрствования.
Соматостатин оказывает тормозящее действие на ЖКТ, подавляет активность многих других внутренних органов («всеобщий ингибитор»).

Pituitary

Liver

GH

IGF-1

GHRH

Somatostatin

– лютеинизирующий и фолликулостимулирующий гормоны («гонадотропины»).

Несмотря на названия, в

равной мере влияют на семенники мужчин и яичники женщин. Их функции:
активация синтеза и выделения половых гормонов;
стимуляция образования и созрева-ния половых клеток – сперматозои-дов и яйцеклеток (в пузырьках-фол-ликулах, далее следует овуляция).

Рилизинг-фактор гонадотропинов – пептид люлиберин (GnRH).
В ЦНС он активирует половое пове-дение, повышает эмоциональность, улучшает обучение.

Уровень люлиберина понижен, например, у девушек при нервн. анорексии и избы-точных физич. нагрузках (спорт, балет). Как следствие – прекращение цикла созревания яйцеклеток, м.б. депрессивные и психозо-подобные состояния.

пове-дение, повышает эмоциональность, улучшает обучение.
Уровень люлиберина понижен, например, у девушек

при нервн. анорексии и избы-точных физич. нагрузках (спорт, балет). Как следствие – прекращение цикла созревания яйцеклеток, м.б. депрессивные и психозо-подобные состояния.

Главными мужскими половыми гормонами являются тестостероны, тормозящие (ограничивающие) выделение люлиберина, LН и FSH.
Тестостероны (андрогены) активиру-ют сперматогенез, у эмбриона – направляют развитие половой системы по мужскому типу; позже – определяют формирование мужских вторичных половых признаков.

В ЦНС тестостероны влияют на половое влечение (либидо), половое поведение, агрессивность.

LН и FSH.
Тестостероны (андрогены) активиру-ют сперматогенез, у эмбриона – направляют

развитие половой системы по мужскому типу; позже – определяют формирование мужских вторичных половых признаков.

В ЦНС тестостероны влияют на половое влечение (либидо), половое поведение, агрессивность.

на теле, низкий голос, более мощное развитие мышц, склонность к

отложению запасов жира в области живота, слабое развитие молочных желез.

Главными женскими половыми гормонами являются прогестерон и эстрогены.

Прогестерон обеспечивает состояние готовности матки к беременности (содержание в крови максимально между овуляцией и менструацией).

Эстрогены «подталкивают» созрева-ние яйцеклеток, усиливают сокраще-ния яйцеводов и др. Они же опреде-ляют формирование женских вторич-ных половых признаков.

В ЦНС эстрогены влияют на половое влечение и половое поведение.

Вторичные половые признаки:

высокий голос, отсутствие бороды, склонность к отложению запасов жира в области бедер, развитие молочных желез и др.

(«минералокортикоиды») регулирует обмен калия и натрия в почках.
Вторая часть («глюкокортикоиды»,

ос-новной представитель кортизол) управляет обменом глюкозы в организме, в частности, усиливает ее образование из других веществ (белков, жиров); особенно ярок этот эффект при стрессе.

В целом глюкокортикоиды перестраи-вают обмен веществ на усиленное потребление энергии, «сопровождая» эффекты симпатич. НС и адреналина.

Глюкокортикоиды, кроме того, при длительном стрессе тормозят актив-ность иммунной системы и развитие воспаления, что позволяет использо-вать их как противовоспалительные препараты.

Выделение глюкокортикоидов усиливает кортикотропин = адренокортикотропный гормон (АКТГ или АСТН).

Выделение АКТГ активирует кортиколиберин (CRH).

Кортизол тормозит выброс АКТГ и CRH.

Выделение АКТГ активирует кортиколиберин (CRH).

Кортизол тормозит выброс АКТГ и

CRH.

АКТГ (АСТН) состоит из 39 аминокис-лот. Его фрагменты длиной 7-10 а/к способны проникать в ЦНС, оказывая ноотропное действие, улучшая обуче-ние и память, снижая проявления депрессивности (препарат СЕМАКС).

Кортиколиберин (CRH) стимулирует двигат. активность и эмоциональные проявления (тревожность); снижает пищевую и половую мотивации.

В последнее время система
CRH - АКТГ - глюкокортикоиды
интенсивно исследуется в связи с возможностями управления весом организма.

кортизол

серого вещества спинного мозга (ILC) и шейные симпатические ганглии (SCG)

сдерживают выделение мелатонина. В темноте супра-хиазменные ядра (SCN) акти-вируют выделение мелатонина за счет того, что тормозят PVN с помощью ГАМК (GABA).

Мелатонин – гормон эпифиза.
Синтезируется из триптофана (как и серотонин). «Гормон сонного состояния»: снижает активность обмена веществ во многих внутренних органах и ЦНС. Выделением управляют центры сна и бодрствования.

Мелатонин используется в
качестве лекарства при бессон-нице (облегчает засыпание).

и отрицатель-ного подкрепления:

гипоталамус
миндалина
прилежащее ядро
(nucl. accumbens)
голубое пятно
поясная

извилина
и др.

миндалина

ядра передней, средней и задней части гипоталамуса

На схеме не показаны ядра вентральной покрышки, централь-ное серое вещество, ядра шва.

Миндалина относится к базальным ганглиям больших полушарий; вместе с гипоталамусом отвечает за многие биологические потребности: пищевую, питьевую, половую и родительскую, в безопасности (центры страха и агрессии).

ганглиям больших полушарий; вместе с гипоталамусом отвечает за многие биологические

потребности: пищевую, питьевую, половую и родительскую, в безопасности (центры страха и агрессии).

Центры страха и агрессии (задняя часть гипоталамуса) работают
под управлением миндалины.

С миндалиной также связана потребность доминирования в стае и ряд других «зоосоциальных» (по П.В. Симонову) потребностей.

Центры пищевой и питьевой потребностей (голода и жажды) находятся в средней части гипоталамуса и в меньшей мере связаны с миндалиной.

Центры полового и родит. поведения (перед-
няя часть гипоталамуса) работают вместе
с миндалиной, «откликаясь» на изменения концентрации ряда гормонов.

вентроме-диальном (2) ядрах гипотала-муса, соответственно.

Они получают сигналы от клеток-глюкорецепторов, оценивающих

концентрацию глюкозы и инсулина в крови (инсулин – гормон поджелудочной железы, регулиру-
ющий усвоение клетками глюкозы после еды) + сигналы от стенок пустого желудка (рецепторы растяжения, а также гормон грелин).

Идеальная концентрация глюкозы в плазме крови составляет около 0.1%. Если она меньше, то активируется центр голода, если больше (и высокое содержание инсулина), то центр насыщения.

1

2

стимуляция – потребление пищи даже сытым животным

(при инсульте, незрелости: нет

чувства голода).

Разрушение вентромеди-ального ядра вызывает патологический аппетит, очень быстрый набор веса

(при инсульте: постоянное чувство сильного голода).

1

2

гормон, выделяемый адипоцитами (клетками жировой ткани). Он снижает аппетит (торможение

центра голода), усиливает подвижность и выброс АКТГ (рост катаболизма – тратим энергию, теряем массу; проти-воположный процесс – запасание энергии и рост массы тела = анаболизм).

Чем больше жиро-вой ткани, тем больше лептина; но с возрастом лептин хуже
проходит ГЭБ.

(SON) ядра (сверху справа срезы мозга козы).
Здесь находятся осморецепторы: клетки,

реагирующие на содержание NaCl в крови (идеально 0.7-0.8 %).
При росте концентрации NaCl – выделение вазопресси-на (экономия воды на уровне почек) и чувство жажды (запуск соответствующих поведенческих реакций).

Центр питьевой потребности активирует, кроме того, информация о недостаточном растяжении сосудов и предсердий (потеря воды), а также гормон ангиотензин.

Осморецеп-торы

Супраопти-ческие ядра

Паравентри-кулярные ядра

(SON) ядра (сверху справа срезы мозга козы).
Здесь находятся осморецепторы: клетки,

реагирующие на содержание NaCl в крови (идеально 0.7-0.8 %). При росте концентрации NaCl – выделение вазопресси-на (экономия воды на уровне почек) и чувство жажды (запуск соответствующих поведенческих реакций).

На перифери-ческие сигналы реагируют и центры пищевой потребности: например, они учитывают сиг-налы о растя-жении стенок ЖКТ (прежде всего, желудка).

Центр питьевой потребности активирует, кроме того, информация о недостаточном растяжении сосудов и предсердий (потеря воды), а также гормон ангиотензин.

центрами переднего гипоталамуса (преоптические ядра).

Условия запуска: гормональный фон и наличие

врожденно заданных сенсорных сигналов (запахи-феромоны, зрительные, тактильные и др.).

Подавляющее большинство самок способны к спариванию только в момент овуляции.
Крысы, как и люди, постоянно овулируют (цикл занимает 5-6 суток).
Тест на готовность самки к спариванию: лордоз при прикосновении.

Самец готов спариться в любой момент – при наличии восприимчивой («рецептивной») самки.

Миндалина тормозит (сдерживает) половую моти-вацию; при ее повреждении – гиперсексуальность в ущерб другим формам поведения.

включает андростенол и андростенон (четкое действие на самок свиней; женщины

чаще садятся на сиденья, обрызган. андросте-ноном). Выделение – сальные и апокринные потовые железы кожи. Также «подозреваются» вещества, получающиеся при бактериальном разложении тестостерона и других половых гормонов (индивидуальная микрофлора = индивидуальный запах кожи и, особенно, волос).

Самца крысы в большей мере воз-буждает запах самки, с которой он еще не спаривался (эффект Кулиджа). Женские феромоны: производные эстрогенов + копулины (в составе вагинальной смазки; производные органических кислот).

лучше всего – макси-мально отличающиеся характеристики МНС родителей
Важный обонятельный фактор

– «обломки» белков МНС (главный комплекс гистосовместимости иммунной системы).

лучше всего – макси-мально отличающиеся характеристики МНС родителей
Важный обонятельный фактор

– «обломки» белков МНС (главный комплекс гистосовместимости иммунной системы).

признаков (фигура, грудь, борода и т.п.)
здоровая внешность, чистая кожа; симметричн.

черты лица («красота»)

Роль любви в жизни человека очень велика.
Что же ее запускает?

статус самца/самки в стае, а человека – в племени и обществе;
Молодость (но женщина д.б. полово-зрелой; отсюда ухищрения моды и макияжа, каблуки для удлинения ног, корсеты и т.д.)

+ особенности внешности и характера, эмпатия (похожие типы легче сходятся)… + социальные нормы
+ импринтинг

связанная с
половой мотивацией);

для запуска важен гормональный фон,
«детские» феромоны и

другие
врожденно заданные стимулы

особое значение имеет начало
лактации и сосания (пролактин
и окситоцин).

Все эти гормоны усиливают
материнскую мотивацию

связанная с
половой мотивацией);

для запуска важен гормональный фон,
«детские» феромоны и

другие
врожденно заданные стимулы

особое значение имеет начало
лактации и сосания (пролактин
и окситоцин).

Стимуляция медиальной преоптической области усиливает родительскую мотивацию (включает ее даже у самцов, которые в норме не участвуют в уходе за потомством: насиживание яиц петухом).

Очень важен опыт предыдущего контакта с новорожденными
(«игра в куклы» у детенышей крыс в возрасте 4-5 недель).

Все эти гормоны усиливают
материнскую мотивацию

звуки +
специфические запахи (феромоны)

(стрессогенные) стимулы; эти центры отвечают за «потребность в безопасности».

Примеры «вредных»

стимулов: боль, сверхсильные раздражители (зрительные, звуковые, обонятельные), специфические раздражители (феромоны страха и агрессии, «образ врага» и т.п.).

Два варианта реагирования (выбор реализует миндалина): пассивно-оборонительный (бегство, затаивание; страх и тревожность) и активно-оборонительный (нападение на источник опасности; агрессия, ярость).

Простейшие программы – уже на уровне спинного мозга (рефлекс отдергивания от источника боли), продолговатого мозга и моста (кашель, мигание). Задняя часть гипоталамуса вместе с миндалиной создают соответствующую мотивацию («готовность к запуску оборонительных поведенческих ответов»), обеспечивают вегетатив-ное сопровождение таких ответов.

от источника боли), продолговатого мозга и моста (кашель, мигание). Задняя

часть гипоталамуса вместе с миндалиной создают соответствующую мотивацию («готовность к запуску оборонительных поведенческих ответов»), обеспечивают вегетатив-ное сопровождение таких ответов.

Реакции страха и агресии (и соответствующие нервные центры) конкурируют между собой. Обычно вначале запускаются пассивно-оборонительные программы, как более безопасные; но если «загнать в угол» – они заменяются на активно-оборонительные.
То, насколько легко и быстро происходит такая замена, – одна из существенных черт темперамента (у холериков – очень легко).

Миндалина обеспечивает, в первую очередь, сбор и проведение стрессогенных сигналов, выбор между «бей» и «беги»; гипоталамус – вегетативную, эндокринную (выброс CRH, АКТГ) и эмоциональную составляющие реагирования.

The Paths of Fear (Пути страха);
аmygdala = миндалина.

High road: запуск вегетативного, эндокринного и эмоционального сопровождения оборонительных программ, являющихся результатом обучения (через сенсорную кору и гиппокамп).

Low road: то же для врожденно обусловленных программ (сразу через миндалину).

гипоталамус – вегетативную, эндокринную (выброс CRH, АКТГ) и эмоциональную составляющие

реагирования.

The Paths of Fear (Пути страха);
аmygdala = миндалина.

High road: запуск вегетативного, эндокринного и эмоционального сопровождения оборонительных программ, являющихся результатом обучения (через сенсорную кору и гиппокамп).

Low road: то же для врожденно обусловленных программ (сразу через миндалину).

гормоны. Влияние гормонов на функции ЦНС. Гипоталамус и миндалина: биологические

потребности. Центры голода, жажды, полового и родительского поведения, страха, агрессии.

Что такое нейроэндокринные клетки? Где они находятся и как осуществляют выброс гормонов?
Каковы механизмы действия гормонов на клетки-мишени? Что такое тропные гормоны?
Расскажите о вазопрессине (химическая природа, где и как выделяется, какова функция).
Расскажите об окситоцине (химическая природа, где и как выделяется, какова функция).
Как гормоны задней доли гипофиза (и их фрагменты) влияют на функции ЦНС?
Что такое рилизинг-факторы? На какие две группы они подразделяются?
Как с помощью механизма отрицательных обратных связей поддерживается стабильное содержание гормонов в крови?
Расскажите о щитовидной железе, ее гормонах, их строении и функциях.
Охарактеризуйте свойства тиреотропного гормона и тиролиберина.
К каким заболеваниям приводит нарушение функций щитовидной железы?
Расскажите о гормоне роста и иммуноподобном факторе роста. Каковы их функции?
Что вы знаете о соматолиберине и соматостатине?
Как развиваются гигантизм, карликовость и акромегалия?
Расскажите о лютеинизирующем и фолликулостимулирующем гормонах. Каковы их функции?
Что вы знаете о люлиберине? Как он влияет на деятельность ЦНС?
Расскажите о тестостеронах и их эффектах.
Что вы знаете о прогестероне и его эффектах?
Расскажите об эстрогенах и их эффектах.
За счет каких влияний происходит развитие первичных половых признаков? Какова роль H-Y-антигена?
За счет каких влияний происходит формирование вторичных половых признаков у мужчин? Что это за признаки?
За счет каких влияний происходит формирование вторичных половых признаков у женщин? Что это за признаки?
Расскажите о глюкокортикоидах и минералокортикоидах.
Что вы знаете об АКТГ, кортиколиберине и их влияниях на ЦНС?
Охарактеризуйте химическую природу и функции мелатонина.
Как происходит регуляция секреции мелатонина?
Каково клиническое применение мелатонина, фрагментов АКТГ, тиролиберина?
Где находятся и с какими функциями связаны миндалина и прилежащее ядро?
Где находятся центры голода и пищевого насыщения? К каким последствиям приводит их повреждение?
Какие факторы влияют на работу центров пищевой мотивации?
Что вы знаете о лептине?
Где находятся и под влиянием каких факторов активируются центры жажды?
Что вы знаете об ангиотензине и его влияниях на ЦНС, тонус сосудов, кору надпочечников?
Где находятся центры полового поведения? Какие гормональные факторы влияют на половое поведение?
Какова роль обонятельных стимулов в регуляции половой мотивации?
Как влияют на половые предпочтения другие сенсорные сигналы, а также социальные факторы и индивидуальный опыт?
Где находятся центры материнского поведения? Под влиянием каких сенсорных и гормональных стимулов они активируются?
Что такое пассивно- и активно-оборонительное поведение?
Каков вклад миндалины и центров заднего гипоталамуса в формирование оборонительного поведения, а также связанных с ним вегетативных и эндокринных реакций?
Какие эндокринные и нейрохимические факторы влияют на уровень агрессивности?
Что такое «положительное подкрепление» и «отрицательное подкрепление»? Как связана работа центров подкрепления с эмоциями и обучением?